DE1960802A1

DE1960802A1 - Electronic coupling contact for switching through lines in telecommunication systems, especially telephone switching systems

Info

Publication number: DE1960802A1
Application number: DE19691960802
Authority: DE
Inventors: Werner Dr-Ing Benz; Hermann Heierling
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1969-12-04
Filing date: 1969-12-04
Publication date: 1971-06-09

Description

Elektronischer Koppelkontakt zum DurchSchalten.von Leitungen in Fernmelde-, insbesondere Fernsprechvermittlungsanlagen Die Erfindung betrifft einen elektronischen Koppelkontakt zum Durchschalten von Leitungen in Fernmelde-, insbesondere Fernsprechvermittlungsanlagen, dessen in Längsrichtung der Leitungen angeordneter Serienzweig aus einem Isolierschicht-Feldeffekttransistor mit Halbleiter-Substrat besteht, der durch unterschiedliche Steuerpotentiale an seinem Gate-Anschluß zwischen seinem Durchlaß- und Sperrzustand mittels einer Kippschaltung umsteuerbar ist.Electronic coupling contact for switching through lines in telecommunication, in particular telephone switching systems The invention relates to an electronic one Coupling contact for switching through lines in telecommunications, in particular telephone switching systems, its series branch, arranged in the longitudinal direction of the lines, made of an insulating-layer field effect transistor with semiconductor substrate, which is connected to by different control potentials its gate connection between its on and off state by means of a toggle switch is reversible.

Gegenüber den in den bekannten elektronischen Koppelkontakten im Serienzweig angewendeten Emitter-Kollektor-Strecken von Flächentransistoren haben Feldeffekttransistoren den Vorteil höheren Sperrwiderstandes und vernachlässigbarer Steuerströme.Compared to the known electronic coupling contacts in the series branch The emitter-collector sections used in junction transistors have field effect transistors the advantage of higher blocking resistance and negligible control currents.

Es ist in der deutschen Auslegeschrift 1 28k 992 eine elektronische Koppelstelle mit einem zwischen die zu verbindenden Leitungen mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke geschalteten Transistor beschrieben, der abhängig vom Schaltzustand-einer bistabilen Steuerstufe gesperrt bzw. leitend ist und zwischen dessen Basis- und Kollektor-Elektrode die Emitter-Kollektor'-Strecke eines unipolaren Feldeffekttransistors geschaltet ist, dessen Gate-Anschluß an der gemeinsamen bistabilen Steuerstufe liegt. Es soll bei dieser bekannten Koppelstelle neben einem hohen Schaltverhältnis auch eine nahezu vollkommene Trennung des Steuerkreises vom Arbeitskreis erzielbar sein.It is an electronic one in German Auslegeschrift 1 28k 992 Coupling point with an emitter-collector path between the lines to be connected switched transistor described, which depends on the switching state-a bistable Control stage is blocked or conductive and between its base and collector electrode switched the emitter-collector 'path of a unipolar field effect transistor whose gate connection is connected to the common bistable control stage. It should with this known coupling point in addition to a high switching ratio also an almost complete separation of the steering group from the working group can be achieved.

Es besteht bei Feldeffekttransistoren mit Halbleiter-Substrät außerdem die Möglichkeit, nicht nur an dem Gate-Anschluß, sondern auch am Substrat eine Steuerwirkung auf die Leitfähigkeit der Emitter-Kollektor-Strecke des Feldeffekttransistors auszuüben.It also exists in field effect transistors with a semiconductor substrate the possibility of a control effect not only on the gate connection but also on the substrate exercise on the conductivity of the emitter-collector path of the field effect transistor.

Allgemein ist an dem Substratanschluß eine Sperrspannung angeschaltet, durch die ein hoher Sperrwiderstand des Transistors erreichbar ist. Ein niedriger Durchlaßwiderstand ist durch eine dem Leitungstyp des Transistors entsprechende Substrat spannung erreichbar. Für die Umschaltung der Steuerspannung werden bei den bekannten Anordnungen aus zwei Transistoren bestehende Kippschaltungen verwendet.In general, a reverse voltage is connected to the substrate connection, through which a high blocking resistance of the transistor can be achieved. A low one Forward resistance is determined by a corresponding to the conductivity type of the transistor Substrate voltage achievable. For switching over the control voltage, the known arrangements of two transistors used flip-flops.

Es ist auch in der Anmeldung P 15 62 037.8 eine aus vier Isolierschicht-Feldeffekttransi storen bestehende Kippschaltung beschrieben, bei der die Umschaltung zwischen den beiden stabilen Zuständen durch zugeführte Impulse erfolgt.It is also in the application P 15 62 037.8 one of four insulating layer field effect transi disturb existing toggle switch described in which the switchover between the two stable states by supplied pulses.

Diese Kippschaltung weist den Vorteil auf, daß sie sonst aus ihrer Speisespannungsquelle keinen Strom aufnimmt. Die Transistoren besitzen paarweise unterschiedliche Leitfähigkeit. In dem einen stabilen Zustand sind der erste und der vierte, im anderen stabilen Zustand der zweite und der dritte Transistor voll leitend. Ein Speisestrom durch die leitenden Transistoren kommt Jedoch nicht zustande, da Jeder leitende Transistor mit der Emitter-Kollektor-Strecke eines gesperrten Transistors in Reihe liegt. Bei der Umsteuerung dieser Kippschaltung wird uber jeweils einen leitenden Transistor die Ausgangsklemme mit dem einen oder dem anderen Pol der Speisespannungsquelle verbunden.This flip-flop has the advantage that it would otherwise be out of their The supply voltage source does not consume any current. The transistors have pairs different conductivity. In one stable state, the first and the fourth, in the other stable state the second and the third transistor full conductive. However, a feed current through the conductive transistors does not occur, because every conducting transistor is blocked with the emitter-collector path of one Transistor is in series. When reversing this flip-flop is about each a conductive transistor the output terminal with one or the other pole connected to the supply voltage source.

Bei Isolierschicht-Feldeffekttransistoren ist das Substrat durch einen PN-Übergang vom Kanal getres-lt. Bei Verwendung dieses Feldeffektrreansistors als Serienzweig einer Koppelstelle kann das Substrat entweder fieber einen Widerstand an das Potential 0 oder unmittelbar an eine Spannung gelegt werden, die den PN-§bergang zwischen dem Substrat und dem Kanal in R«ckwärtstich'tung vorspannt. Bei der ersten Schaltungsart wird durch einen großen Widerstand die Sperrdämpfung und durch einen kleinen Widerstand der Klirrfaktor vergrös sert. Bei der zweiten Schaltungsart bleibt zwar die Sperrdämpfung groß, jedoch ist auch der Durchlaßwiderstand erhöht.In the case of insulated gate field effect transistors, the substrate is through a PN transition from channel tres-lt. When using this field effect transistor as Series branch of a coupling point, the substrate can either fever a resistance to potential 0 or directly to a voltage that creates the PN transition biased between the substrate and the channel in reverse stitching. In the first The type of circuit is through a large resistance the blocking attenuation and through a small resistance increases the distortion factor sert. The second Circuit type, the blocking attenuation remains high, but the forward resistance is also high elevated.

Der erhöhte Durchlaßwiderstand hat dabei auch größere Verzerrungen zur Folge.The increased forward resistance also has greater distortions result.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der Isolierschicht-Feldeffekttransistoren bei der Verwendung als Serienzweig einer Koppelstelle aushutzbar zu machen und die Nachteile der beiden oben genannten Schaltungsarten su vermeiden. Außerdem ist die Herabsetzung des Stromverbrauchs in der Steuerkippschaltung der Koppelstelle wünschenswert Diese Aufgabe wird dadurch gelost, daß gleichzeitig mit der Umsteuerulig des Potentials am Gate-Anschluß sowohl die Substratspannung als auch der Widerstand des Substratzweiges umsteuerbar ist.The invention is based on the object of the advantages of the insulating-layer field effect transistors to make exploitable when used as a series branch of a coupling point and the Avoid the disadvantages of the two types of circuit mentioned above. Besides, the Reduction of the power consumption in the control flip-flop circuit of the coupling point is desirable This task is solved in that at the same time with the reversal of the potential at the gate connection both the substrate voltage and the resistance of the substrate branch is reversible.

BGi der technischen Ausbildung der Koppelstelle ist im Substratzweig des Serienzweig-Transistors ein Isolierschicht-Feldeffekttransistor angeordnet, der durch die Kippschaltung jeweils in den gegenüber dem Serienzweig-Transistor gegensätzlichen Schaltzustand um6tcuerbar ist. Es können dabei dle beiden Isolierschicht Feldeffekttransistoren gleichen Leitungstyp aufweisen wobei ihre beiden Gate-Anschlüsse durch die zueinander entgegengesotzten Ausgangspotentiale der Kippschaltung zueinander gegenläufig steuerbar sind Es können aber auch die beiden Isolierschicht-Feldeffekt.BGi of the technical training of the coupling point is in the substrate branch of the series branch transistor, an insulating layer field effect transistor is arranged, by the flip-flop circuit in each case in the opposite of the series branch transistor opposite switching state is reversible. The two insulating layers can be used Field effect transistors have the same conductivity type, with their two gate connections due to the mutually opposing output potentials of the flip-flop circuit can be controlled in opposite directions. However, the two insulating layer field effects can also be used.

transistoren zueinander komptementären Leitungstyp aufweisen, wobei die Gate-Anschlüsse der beiden Transistoren durch das gleiche Ausgangspotential der Kippschaltung zueinander gegenläufig steuerbar sind.transistors have mutually complementary conductivity type, wherein the gate connections of the two transistors through the same output potential the flip-flop are controllable in opposite directions to each other.

Hierdurch werden die Vorteile erzielt, daß in der gesamten Anordnung einer Koppelstelle ausschließlich Feldeffekttransistoren Anwendung finden, die für integrierte Schaltungen geeignet sind. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen werden sowohl günstige Sperrdämpfungen als auch geringe Durchlaßdämpfungen bei niedrigem Klirrfaktor und geringem Nebensprechen erzielt, weil nämlich im Sperrzustand der Koppelstelle sowohl der Gate-Anechluß als auch das Substrat zum Bezugspotential kurzgeschlossen sind und im Durchlaßzustand der Koppelstelle die Steuerspannung des Gate-Anschlusses niederohmig herangeführt wird, während das Substrat über einen hochohmigen Widerstand mit dem Bezugspotential verhunden ist. Die Koppelstellen können in beliebiger Zusammenstellung aus Transistoren vom Anreicherungstyp oder vom Verarmungstyp, sowohl vom P-Kanal-, als auch vom N-Kanaltyp aufgebaut werden. Es kann also der Schaltungsaufbau weitgehend entsprechend den Herstellungsmöglichkeiten ausgerichtet werden. Dabei sind diese Koppelstellen für einen breiten Frequenzbereich verwendbar.This has the advantages that in the entire arrangement a coupling point only field effect transistors are used for integrated circuits are suitable. In the embodiments shown, both favorable blocking attenuation and low transmission attenuation with low Distortion factor and low crosstalk achieved because the Coupling point both the gate connection and the substrate to the reference potential are short-circuited and the control voltage in the on state of the coupling point of the gate connection is brought up with low resistance, while the substrate is via a high resistance is connected to the reference potential. The coupling points can in any combination of transistors of the enhancement type or of the depletion type, both P-channel and N-channel types. The circuit structure can therefore largely correspond to the manufacturing possibilities be aligned. These are coupling points for a wide frequency range usable.

Die Erfindung wird an Schaltbildern erklärt.The invention is explained using circuit diagrams.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Koppelstelle, bei der im Serien- und im Substratzweig Transistoren vom gleichen Kanaltyp verwendet werden.Fig. 1 shows an embodiment of a coupling point in which im Series and in the substrate branch transistors of the same channel type are used.

In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel einer Koppelstelle mit zueinander komplementären Isolierschicht-Feldeffekttransistoren und in Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt.In Fig. 2 is another embodiment of a coupling point with mutually complementary insulating-layer field effect transistors and in FIG. 3 Another embodiment shown.

Bei der Koppelstelle der Fig 1 besteht der Serienzweig aus einem Isolierschicht-Feldeffekttransistor T1. Zwischen das Substrat und den Gate-Anschluß des Transistors T1 ist der Transistor T2, der den gleichen Kanaltyp wie der Transistor T! aufweist, angeschlossen. Die Steuerung erfolgt durch die aus den Feldeffekttransistoren S1, S2, S3, S4 bestehende an sich bekannte Kippschaltung. Die Transistoren S1 und S3 sind P-Kanal-Transistoren, die Transistoren 52 und 54 sind dazu komplementär Es sind bei dieser Kippschaltung entweder dz Transistoren Sl und S4 oder die Transig..In the coupling point of FIG. 1, the series branch consists of an insulating layer field effect transistor T1. The transistor is located between the substrate and the gate connection of the transistor T1 T2, which is the same channel type as transistor T! has connected. the Control is carried out by the existing from the field effect transistors S1, S2, S3, S4 known toggle switch. The transistors S1 and S3 are P-channel transistors, the transistors 52 and 54 are complementary to it. They are in this flip-flop either dz transistors Sl and S4 or the Transig ..

toren S2 und S3 leitend, während jeweils die anderen beiden rransistoren völlig gesperrt sind. Bei dem erstgenannten Zustand ist nämlich der Punkt A1 mit dem positiven Pol der Spannungsquelle U2 verbunden, so daß die Gate-Anschlüsse der Transistoren S3 und 54 dieses Potential erhalten und dadurch der P-Kanal-Transistor 53 gesperrt und der N-Kanal-Transistor 54 leitend gasteuert ist. Da außer dem der Punkt A2 das negative Potential der Spannungsquelle U1 führt, ist der Transistor S2 gesperrt und der Transistor S1 lietend.gates S2 and S3 conductive, while the other two transistors are completely blocked. In the first-mentioned state, point A1 is with connected to the positive pole of the voltage source U2, so that the gate connections of the Transistors S3 and 54 receive this potential and thereby the P-channel transistor 53 blocked and the N-channel transistor 54 is gas-controlled conductive. Except there to the the point A2 carries the negative potential of the voltage source U1, is the transistor S2 blocked and transistor S1 lietend.

Der Sperrzustand der Koppelstelle wird bei leitenden Transistoren S2 und S3 herbeigeführt. Es liegt dann an der Klemme A1 das negative Potential U1 und a der Klemme A2 das positive Potential U2 an Das Potential U1 reicht dabei aus, um den im Serienzweig liegenden Transistor T1 sicher zu sperren.The blocking state of the coupling point is when the transistors are conducting S2 and S3 brought about. The negative potential U1 is then applied to terminal A1 and a of terminal A2 the positive potential U2 to The potential U1 is sufficient, to safely block the transistor T1 located in the series branch.

Der Transistor T2 ist dabei durch seine positive Gate-Vorspannung leitend gesteuert, so daß das Potential U1 über den Kanal des Transistors T2 das Substrat des Transitors T1 in Rückwärtsrichtung vorspannt. Dabei ist das Substrat uber den Transistor T2 und den Transistor S2 der Kippschaltung zum Bezugspotential kurzgeschlossen.The transistor T2 is thereby due to its positive gate bias Conducted controlled, so that the potential U1 via the channel of the transistor T2 the Reverse biases substrate of transistor T1. Here is the substrate Via the transistor T2 and the transistor S2 of the flip-flop to the reference potential shorted.

Der Durchlaßzustand der Koppelstelle wird durch Anlegen eines Steuerimpulses an eine der beiden Eingangsklemmen El oder E2 herbeigefuhrt. Es sind dann die Transistoren S1 und S4 leitent, so daß das positive Potential U2 den Transistor T1 an seinem Gate-Anschluß in den leitenden Bereich steuert Die Spannung zwischen dem Gate-Anschluß und der Emitter-Elektrode des Transistors T2 ist negativ, so daß dieser; Transistor T? gesperrt ist. Das Substrat des Transistors Ti liegt dann nur über den hochohmigen Widerstand R am Bezugspotential.The on state of the coupling point is achieved by applying a control pulse brought about to one of the two input terminals El or E2. It is then the transistors S1 and S4 conduct, so that the positive potential U2 the transistor T1 at his Gate connection in the conductive area controls the voltage between the gate connection and the emitter electrode of transistor T2 is negative, so that this; transistor T? Is blocked. The substrate of the transistor Ti is then only above the high resistance Resistance R at the reference potential.

ist hierben der Substrat-Steuereffekt vermiden und ein niedriger Durchlaßwiderstand des Kanals des Transistors T1 gegeben.the substrate control effect is avoided here and a lower Given the forward resistance of the channel of the transistor T1.

Für die Koppelstellen-Transistoren Ti und T2 können sowohl Transistoren vom Anreicherungstyp als auch vom Verarmungstyp verwendet werden Es können dabei anstelle der N-Kanaltransistoren auch P-Kanal-Transistoren verwendet werden, wenn die Steuerspannungen dementsprechend umgepolt werden Die in Fig. 2 dargestellte Koppelstelle ist mit zueinander komplementären Feldeffekt-Transistoren ausgestattet Bei leitenden Transistoren S2, S3 der Kippschaltung sperrt das negative Potential U1 den N-Kanal-Transistor T3 und bringt den P-Kanal-Transistor T4 in den leitenden Bereich. Dadurch wird das Substrat des Transistors T3 durch das negative Potential U3; das niedriger ist als ds negative Potential Ul, gesperrt, eil sich dann nämlich der Transistor T4 im niederohmigen Bereich befindet und der Querwiderstand im Substrataei genügend klein ist.For the coupling point transistors Ti and T2, both transistors of the enrichment type as well as the depletion type can be used Instead of the N-channel transistors, P-channel transistors can also be used, if the polarity of the control voltages is reversed accordingly Coupling point is equipped with complementary field effect transistors In the case of conductive transistors S2, S3 of the flip-flop, the negative potential blocks U1 the N-channel transistor T3 and brings the P-channel transistor T4 into the conductive Area. This renders the substrate of the transistor T3 due to the negative potential U3; which is lower than the negative potential Ul, blocked, then namely hurry the transistor T4 is in the low-resistance area and the transverse resistance is in the substrate egg is small enough.

Nach der Überführung der Kippschaltung in ihren anderen stabilen Zustand, bei dem die Transistoren Si, S4 leitend sind, liegt am Punkt Al das positive Potential U2, das den N-Kanal-Transistor T3 leitend steuert und den P-Kanal.Transistor T4 sperrt Dadurch liegt das Substrat des Transistors T3 über den Widerstand R hochohmig am Bezugspotential, wodurch ein niedriger Durchlaßwiderstand des Kanals des Transistors T3 erzielt ist Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Koppelstelle enthält ebenfalls zwei Isolierschicht-Feldeffekt-Transistoren T5, T6 vom gleichen Kanaltyp - hier als N-Kanaldargestellt. Im Sperrzustand dieser Koppelstelle liegt am Punkt Al das negative Potential U1, am Punkt A2 das positive Potential -U20 Der Längstransistor T5 wird an seinem Gate-Anschluß durch das negativ-e Potential U1 gesperrt Beim Transistor T6 liegt zwischen dem Gate-Anschluß und der Emitter-Elektrode die Potentialdifferenz der Quellen U2 und U3 an und ist dadurch Leitend, so daß das Substrat des Transistors T5 durch das Potential U3 in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist. Die Querableitung ist uber den Transistor T6 niederohmig.After the flip-flop has been transferred to its other stable state, in which the transistors Si, S4 are conductive, the positive potential is at the point Al U2, which controls the N-channel transistor T3 conductive and the P-channel transistor T4 blocks As a result, the substrate of the transistor T3 has a high resistance via the resistor R. at the reference potential, whereby a low forward resistance of the The embodiment shown in FIG. 3 is achieved through the channel of the transistor T3 a coupling point also contains two insulating layer field effect transistors T5, T6 of the same channel type - shown here as an N channel. In the locked state this Coupling point is the negative potential U1 at point A1 and the positive potential at point A2 Potential -U20 The series transistor T5 is connected to its gate terminal by the negative-e Potential U1 blocked The transistor T6 lies between the gate terminal and the Emitter electrode the potential difference of the sources U2 and U3 and is thereby Conducting, so that the substrate of the transistor T5 by the potential U3 in the reverse direction is biased. The transverse derivation is low-resistance via the transistor T6.

Im Durchlaßzustand der iri Fig. 3 dargestellten Koppelstelle steuert das positiver Potential U2 den Transistor T5 Leitung, während der Transistor T6 durch die Potentialdifferenz von U2 und U3 gesperrt ist. Das Substrat des leitenden Längstransistors T5 liegt daher auch bei diesem Ausführungsbeispiel nur über den hochohmigen Widerstand R am Bezugspotential. An sich ist die Anschaltung dieses hochohmigen Widerstandes R für die Funktion der Koppelstelle nicht erforderlich, er verhindert lediglich, daß sich pnrnsitäre Spannungen am Substrat ausbildenIn the on state of the coupling point shown in FIG. 3 controls the positive potential U2 the transistor T5 line, while the transistor T6 is blocked by the potential difference between U2 and U3. The substrate of the conductive Series transistor T5 is therefore only on the in this embodiment high resistance R at the reference potential. In itself, the connection is this high resistance R is not required for the function of the coupling point, it merely prevents the formation of public stresses on the substrate

Claims

Claims 1. Electronic coupling contact for switching through of lines in telecommunications, in particular telephone switching systems, its Series branch made of an insulating-layer field-effect transistor arranged in the longitudinal direction of the lines with semiconductor substrate, which is connected to by different control potentials its gate connection between its on and off state by means of a toggle switch is reversible, characterized in that simultaneously with the reversal of the Potential at the gate terminal both the substrate voltage and the resistance of the substrate branch is reversible.

2) Electronic coupling contact according to Ansprkoh 1, characterized in that that in the substrate branch of the series branch transistor (T1 or T3 or T5j an insulating layer Field effect transistor (T2 or T4 or T6! Is arranged, which by the flip-flop (Si .. S4) each in the opposite switching state compared to the series branch transistor is reversible.

3) Electronic coupling contact according to claims 1 and 2, thereby characterized in that the two insulating layer field effect transistors (Tl, T2 or T5, T6) have the same conductivity type (N or P), with their two gate connections by the mutually opposite output potentials (Al, A2) of the trigger circuit (S1 ... S4) are controllable in opposite directions.

4) Electronic coupling contact after response 1 and 2, thereby characterized in that the two insulating layer field effect transistors (T3, T4) to each other have complementary conductivity types (N and P), the gate connections of the two Transistors through the same output potential (Ai) of the trigger circuit (S1 ... S4) are controllable in opposite directions to each other.